Was ist Krebs ?

Genetische Ursachen der Krebsentstehung Molekularbiologie menschlicher Tumoren

Literatur

Molekulare Onkologie

Entstehung und Progression maligner Tumoren C. Wagener

Thieme Verlag

•

Was ist Krebs ?

• Zellzyklus

• Onkogene

• Tumorsuppressorgene

• Genetische Veränderungen in menschlichen Tumoren Mutationen

Chromosomale Aberrationen

Epigenetik

Was ist Krebs ?

Neoplasie/Tumor : abnorme Vergrößerung eines Gewebes, welches durch autonome, progressive und überschießende Proliferation körpereigener Zellen entsteht.

“Krebs”: maligne Tumoren, die sich von benignen Tumoren durch infiltratives und destruktives Wachstum sowie die Fähigkeit zur Metastasenbildung

unterscheiden.

“Krebs”

Solide Tumoren Nichtsolide Tumoren

(Leukämien)

Karzinome

von Epithelien ausgehend

Sarkome

vom Mesoderm ausgehend

Was ist Krebs ?

pTis pT4

“Normal”

Was ist Krebs ?

Zellen teilen sich nicht unkontrolliert. Zellen teilen sich dann, wenn ein spezifischer Bedarf nach einer bestimmten Zellart besteht. Dieser Bedarf wird meist von anderen Zellen gemessen und durch Signalmoleküle mitgeteilt.

Wenn sich eine Zelle, die zur Proliferation fähig ist, teilen muß, müssen viele Gene die in G0/G1 aktiv waren, abgeschaltet werden und andere angeschaltet werden (zB die, die zur Replikation benötigt werden).

Dabei hat die Zelle mehrere „Kontrollpunkte”, an denen der Zellzyklus aufgehalten oder sogar unterbrochen werden kann, wenn etwas “schief läuft”.

ATM

p21 ^u.a.

Bax ^u.a.

Wachstums-Stop Apoptose

p14^ARF MDM2

p53

Rb

cdk4/6 cycD P

p16

P

Rb

E2F E2F

Kontrolle: G1-S-Übergang

c-myc

cycA cycE

cdk2 cycA cycE

p21, p27, p57 P

Zell

G1-S

Zyklus

S-Phase G2-Phase

M-Phase

G1-Phase

Onkogene

Gen, das durch Veränderung kodierender oder regulatorischer Sequenzen den malignen Phänotyp aktiv beeinflußt

Klasse I : Wachstumsfaktoren

Klasse II : Rezeptoren für Wachstumsfaktoren Klasse III: Signaltransduktionsmoleküle

Klasse IV: Transkriptionsfaktoren

Klasse V : Bestandteile der Zellzykluskontrollmaschinerie

Onkogene

Beispiel: RAS Familie

Häufigkeiten von RAS Mutationen in menschliche Tumoren

> 50 % Ph negative CML

ca. 30 % Akute myeloische Leukämie

ca. 25 % Lungen Adenokarzinom

ca. 30 % Multiples Myelom

> 40 % Kolorektales Karzinom

> 50 % Schilddrüsenkarzinom

> 75 % Pankreaskarzinom

Häufigkeit von Mutationen Tumor

Bos, 1989

Onkogene

Beispiel: RAS Familie

Membran RAS:

Zentrale Schaltstelle

der Signalübertragung

Onkogene

Beispiel: RAS Familie

RAS

Überexpression

Tumorsuppressorgene

Definition

Gene, die durch Funktionsverlust die Entwicklung von Tumoren fördern

p14^ARF

Zell

G1-S

Zyklus

M-Phase M-Phase

S-Phase G2-Phase

G1-Phase

Wachstums -Stop

Apoptose p53

ATM

p21 ^u.a.

MDM2

G1-Phase

Bax ^u.a.

Tumorsuppressorgene Beispiel p53

Häufigkeiten von p53 Mutationen in menschliche Tumoren

48 % Magen

55 % Kolon

71 – 74 % Lungenkarzinom

40 – 50%

Tumoren gesamt

42 % Prostata

40 % Blase

30 % Leber

24 % Mamma

3 % Cervix

< 10 % Leukämien

Häufigkeit von Mutationen

Tumor

Tumorsuppressorgene APC Modell

www.cancerhandbook.net

Genetische Veränderungen in Tumoren

Mutationen

• Punktmutationen

• Deletion

• Insertion

Chromosomal

• Polyploidisierung

• Verlust

• Zugewinn

• Translokation

• Inversion

Epigenetik

• Methylierungs- veränderungen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Punktmutationen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Punktmutationen

...

A C G T

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Punktmutationen

Wildtyp-Sequenz (T)

Mutante Sequenz (C+T)

A C G T

Normal A C G T

Tumor

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Punktmutationen Beispiel

Chemische Karzinogene:

Epidemiologische Untersuchungen:

Aromatische Amine Polyzyklische aromatische

Kohlenwasserstoffe Aflatoxine

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe

Karzinogener Inhaltsstoff

Blase (Anilinfarbenarbeiter) Anilinfarben

Skrotum (Schornsteinfeger) Ruß

Leber Schimmelpilz

Mund, Rachen, Kehlkopf, Speiseröhre, Lunge, Blase Tabak

Tumorlokalisation

Karzinogen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Punktmutationen Beispiel

Aflatoxin B1 (Naturprodukt)

Es wird vom Pilz Aspergillus flavus gebildet, der gute Wachstumsbedigungen vorfindet, wenn Pistazien, Erdnüsse und Getreide warm und feucht gelagert werden.

Aflatoxin ist primär nicht mutagen.

Nach Aufnahme in den Darm gerät es in die Leber, wo es metabolisch aktiviert wird.

Dieses aktive Produkt ist ein Karzinogen, das mit N7 von Guanin reagiert. Durch Reparaturversuche findet sich schließlich ein Thymin an der Stelle des ursprünglichen Guanins.

G > T Mutationen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Mutationen

Mutationen treten auch spontan auf: 10^–6 Mutationen pro Gen pro Zellteilung Ein Mensch macht ca 10¹⁶ Zellteilungen im Leben durch

⇒10¹⁰ Mutationen treffen im Lauf des Lebens jedes Gen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Two-Hit-Modell

http://pathology.uthscsa.edu/MSII/

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Deletionen

Beispiele Deletionen

del(11)(p13) del(13)(q14.11)

del(5)(q15-22)

Deletion

Wilms Tumor WT1

Retinoblastom RB

Familiäre adenomatöse Polyposis coli APC

Erkrankung Gen

Familiäre adenomatöse Polyposis coli

ist eine autosomal dominant erbliche Erkrankung. Im späten Kindesßund frühen Erwachsenenalter entwickeln sich bis zu 1000 und mehr Polypen in der Schleimhaut des Dickdarms. Jeder Polyp kann sich yu einem Kolon Karzinom entwickeln.

Retinoblastom

Ist ein von der undifferenyierten Retina (Netzhaut) ausgehender Tumor des Säuglings- und frühen Kindesalter in einem oder beiden Augen.

Wilms Tumor

Der Wilms-Tumor ist ein bösartiger relativ seltener, Tumor der Niere und die häufigste Form des Nierenkrebses im Kindesalter.

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Insertion

Cancer Res. 1992 Feb 1;52(3):643-5.

Disruption of the APC gene by a retrotransposal insertion of L1 sequence in a colon cancer.

Miki Y, Nishisho I, Horii A, Miyoshi Y, Utsunomiya J, Kinzler KW, Vogelstein B, Nakamura Y.

Department of Biochemistry, Cancer Institute, Tokyo, Japan.

Retroelement

Insertion

Gen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Translokation

Beispiel Philadelphia Translokation

Das Philadelphia Chromosom entsteht durch reziproke Translokation ywischen Chromosom 22 und Chromosom 9.

t(9;22)(q34;q22)

22 9

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Polyploidisierung

Vervielfältigung eines haploiden Chromsomensatzes um mehr als das Doppelte.

Chromosomaler Verlust (teilweise oder ganze Chromosom) Chromosomaler Zugewinn (teilweise oder ganze Chromosom)

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Zugewinn/Verlust

Kolorektales, Magen Karzinom 12p13

K RAS

Sarkom 12q14

MDM2

Kolorektales Karzinom 6q23

MYB

Mamma, Ovarial, Lunge, Speiseröhre Ka 8q22

MYC

Sarkom 12q14

CDK4

Glioblastom 7p12

ERBB

Mamma, Ovarialkarzinom 17q11

ERBB2

Mammakarzinom 8p12

FGFR1

Mammakarzinom 10q25

FGFR2

Kolorektales Karzinom 11p15

H RAS

2p24 19q12 11q13 19q13 Lokalisation

Neuroblastom N MYC

Magenkarzinom CyclinE

Speiseröhre, Mamma, Leber CyclinD1

Ovarialkarzinom AKT2

Tumor Gen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Methylierungsveränderungen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Methylierungsveränderungen

Beispiel

p53

p16

K-ras

C

T

Punktmutation:

Gene silencing:

Fehler der DNA Methylatierung:

Activatierung von Protooncogenen:

Krebs:

Ursache oder Folge?

C

C

Chromosomale Instabilität

C

C

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Methylierungsveränderungen

TFs

Transkription

CH₃ TFs

Transkription

(1) Methylierungsabhängige Transkriptionsfaktoren (2) Aktive Repression:

CH₃ CH₃ CH₃

MBD MBD MBD

Methyl bindende Proteine zB: MeCP2

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Methylierungsveränderungen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Methylierungsveränderungen

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Methylierungsveränderungen

SAM

TGTGTACCGGTACGTAAACGTGCA

Genetische Veränderungen in Tumoren:

Methylierungsveränderungen

Transposable Elemente:

Können prinzipiell im Genom springen

Genetische

Veränderungen in Tumoren:

Methylierungs-

veränderungen